高考化学二轮专题复习专题11 物质制备与分离提纯的工艺流程.docx
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高考化学二轮专题复习专题11物质制备与分离提纯的工艺流程
专题11:
物质制备与分离提纯的工艺流程
一、核心知识点:
基本概念与无机综合、无机推断、化学与技术等的融合。
具体来看,主要包括以下内容:
1常见元素的单质及其化合物的物理、化学性质;
2较复杂的化合物中的元素化合价计算;
3化学反应原理及其应用;
4离子反应、氧化还原反应、化学方程式书写;
5电解原理及电解产物判断;
6利用离子反应除杂;
7简单的化学计算等;
8化学实验的基本操作。
二、解题策略
化工流程题目在流程上一般分为3个过程:
―→―→
(1)原料处理阶段的常见考点与常见名词
①加快反应速率
②溶解:
通常用酸溶,如用硫酸、盐酸、浓硫酸等
水浸:
与水接触反应或溶解
酸浸:
在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液,不溶物通过过滤除去的溶解过程
浸出:
固体加水(酸)溶解得到离子
浸出率:
固体溶解后,离子在溶液中含量的多少(更多转化)
③灼烧、焙烧、煅烧:
改变结构,使一些物质能溶解,并使一些杂质高温下氧化、分解
④控制反应条件的方法
(2)分离提纯阶段的常见考点
①调pH值除杂
a.控制溶液的酸碱性使其中某些金属离子形成氢氧化物沉淀
b.调节pH所需的物质一般应满足两点:
能与H+/OH-反应,使溶液pH值增大/减小;不引入新杂质。
例如,若要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。
②试剂除杂
③加热:
加快反应速率或促进平衡向某个方向移动
如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物,则要注意对温度的控制。
如侯氏制碱中的NaHCO3、H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。
④降温:
防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动
⑤萃取
(3)获得产品阶段的常见考点
①洗涤(冰水、热水):
洗去晶体表面的杂质离子,并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。
②蒸发、反应时的气体氛围抑制水解:
如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时,应在HCl的气流中加热,以防其水解。
③蒸发浓缩、冷却结晶:
如除去KNO3中的少量NaCl。
④蒸发结晶、趁热过滤:
如除去NaCl中的少量KNO3。
⑤重结晶。
(4)其他常见考点
①化学方程式 ②实验仪器 ③计算 ④信息
三、典例解析
例1:
(2017年I卷)Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备。
工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。
由图可知,当铁的浸出率为70%时,所采用的实验条件为_______________________________________________。
(2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl42-形式存在,写出相应反应的离子方程式____________________________________________________________________。
(3)TiO2·xH2O沉淀与双氧水,氨水反应40min所得实验结果如下表所示:
温度/℃
30
35
40
45
50
TiO2·xH2O转化率%
92
95
97
93
88
分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因______________________________。
(4)Li2Ti5O15中Ti的化合价为+4,其中过氧键的数目为__________________。
(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5mol/L,此时是否Mg3(PO4)2沉淀生成?
___________(列式计算)。
FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp分别为1.3×10-22、1.0×10-24。
(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________。
例2:
(2017年II卷)水泥是重要的建筑材料。
水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
回答下列问题:
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。
加入硝酸的目的是__________,还可使用___________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是_________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为____________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是___________。
沉淀B的主要成分为_____________、____________(填化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:
+H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O。
实验中称取0.400g水泥样品,滴定时消耗了0.0500mol·L-1的KMnO4溶液36.00mL,则该水泥样品中钙的质量分数为______________。
例3(2017年III卷)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。
制备流程如图所示:
回答下列问题:
(1)步骤①的主要反应为:
FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。
该步骤不能使用陶瓷容器,原因是________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是____________,滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变____________(填“大”或“小”),原因是___________________(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。
向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。
冷却到___________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a.80℃b.60℃c.40℃d.10℃
步骤⑤的反应类型是___________________。
(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为_____________。
例4(2016年III卷)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生成硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,同时V2O4转成VO2+。
“废渣1”的主要成分是__________________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有_______。
(4)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为:
4ROH+V4O124−R4V4O12+4OH−(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。
为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈_____性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(5)“流出液”中阳离子最多的是________。
(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
解题思路:
命题角度
解题技巧
1、关键反应——陌生方程式的书写
(2017年I卷)
(2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl42-形式存在,写出相应反应的离子方程式_____________________________________
(2017年I卷)(6)写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________。
(2017年III卷)(3)步骤④调滤液2的pH原因是(用离子方程式表示)。
(2016年III卷)
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为___________,
(2016年III卷)(6)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀,写出“煅烧”中发生反应的化学方程式____________。
熟知物质、把握守恒、环境和谐
1一熟知:
常见氧化剂和对应的还原产物……;
2三守恒:
电子得失守恒、电荷守恒、原子元素守恒;
3再和谐:
方程式中的物质和环境和谐共存。
2、用离子反应除去杂质
(2017年II卷)(3)加氨水过程中加热的目的是___________。
(2017年III卷)(3)步骤④调滤液2的pH使之变____________(填“大”或“小”)
(2016年III卷)(4)为了提高洗脱效率,淋洗液应该呈_____性(填“酸”、“碱”或“中”)。
方法:
沉淀法(加入沉淀剂、调剂pH值)、气化法(将某些非金属元素形成的离子转化为气体而分离)
原则:
1不增不减;
2生成沉淀的溶解度要尽可能小。
3、“滤液”“滤渣”“回收利用”“可循环”的物质是什么?
(2017年II卷)
(2)沉淀A的主要成分是________。
(2017年III卷)
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是____________,滤渣2的主要成分是_____________及含硅杂质。
(2016年III卷)
(1)“废渣1”的主要成分是__________________。
(2016年III卷)(3)“中和”作用之一是使钒以V4O124−形式存在于溶液中。
“废渣2”中含有_______。
总思想:
目标导向、物质转化、逐步分离、物质守恒
具体做法:
读流程图,利用物质守恒思想弄清楚各元素的来龙去脉,在明白各步原理的基础上弄清物料走向,获取主要信息和有用信息。
4、化学计算
(1)氧化还原的简单计算
(2017年III卷)
(1)上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为__________。
(2016年III卷)
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO3至少为______mol。
(2)产率计算
(2017年II卷)(4)则该水泥样品中钙的质量分数为______________。
(2017年III卷)(5)某工厂用m1kg铬铁矿粉(含Cr2O340%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2kg,产率为_____________。
(3)Ksp相关计算
(2017年I卷)(5)若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L,加入双氧水和磷酸(设溶液体积增加1倍),使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5mol/L,此时是否Mg3(PO4)2沉淀生成?
(1)利用氧化还原反应电子得失守恒、电荷守恒等守恒关系解题。
(2)关系式法
5、评价型试题
(2017年II卷)
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。
加入硝酸的目
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